[發明專利]生產高純顆粒硅的反應器和方法

有效

• 申請號: 200910149144.2
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN101676203A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 儲晞
• 申請（專利權）人: 儲晞
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021;C01B33/029;C01B33/03
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉 芳

技術領域

本發明涉及高純硅生產技術，尤其涉及一種生產高純顆粒硅的反應器和方法。

背景技術

過去高純硅材料主要是用于生產半導體元器件，隨著半導體集成電路技術的發展，電路集成度越來越高，雖然電子器件的應用越來越廣，但高純硅的消耗量卻沒有大的增加。由于高純硅還是生產太陽能光伏電池的重要原料，而近年來隨著太陽能光伏產業的發展，對高純硅的需求就越來越大，其需求量現已超過半導體產業的用量并以高速增長；另一方面，太陽能光伏行業屬于利潤空間小的產業，要求高純硅材料的生產成本低，這給傳統的生產方法提出了很大的挑戰。

傳統的生產高純多晶硅的方法有西門子法和流化床法。

西門子法為：將提純后的高純含硅氣體如三氯氫硅(SiHCl₃)或硅烷(SiH₄)與氫氣混合后通入反應器中，在電加熱的硅芯棒表面發生熱分解反應，高純硅不斷地沉積在熾熱的硅芯棒表面，使之不斷增粗，反應后的氣體則返回到尾氣處理系統進行分離處理和循環再利用。當硅芯棒生長到一定直徑后，就必須終止反應，更換硅芯棒然后再進行下一輪反應。該工藝為間歇式操作，并且耗電量高，平均每生產一公斤高純硅需耗電150kwh(千瓦時)左右甚至更高。此外該工藝還存在轉換效率低等缺點。因此，西門子法生產高純硅產量低，成本高，不能滿足日益增長的工業需要。

流化床法為：將高純粒狀硅作為“種子”在加熱的反應器內形成流化狀態，然后引入高純含硅氣體，這樣在被加熱的種子表面就發生熱分解反?應，從而使高純粒狀硅越長越大以至于無法被浮起而落入收集箱中。由于流化床法中利用大量的高純粒狀硅為“種子”，整個表面積相對于西門子法有較大增加，因此反應效率和轉換效率都較西門子法有較大提高，而耗電量也隨之減少。

發明人經研究發現傳統的流化床法生產高純硅存在以下主要問題：

1、高純硅顆粒在懸浮態彼此分離形成80％以上的空間，使含硅氣體分解生成大量的粉末硅隨氣體被帶出反應器，由此減少了原料(氣體)利用率，增加了成本，造成浪費，而且硅粉末進入下游增加了對反應尾氣的處理難度和生產設備的成本，易造成污染。

2、懸浮反應器內所有的硅顆粒需消耗大量氣體而造成氣體回收困難，并且反應余熱利用率低，增加了運營成本。

3、由于在反應溫度(200℃-1400℃)下，粒狀硅表面形成半熔化的狀態，顆粒之間的黏連性很強，由此會造成顆粒間的相互聚團，從而堵塞反應器進氣孔和通道，造成停產事故。

4、反應器體積大，有效利用空間小，生產規模小，增加生產設備的建設成本與施工難度。

5、作為種子的高純粒狀硅的制備比較困難，且在制備過程中易混入雜質。

發明內容

本發明的目的在于提供一種生產高純顆粒硅的反應器和方法，用于實現超大型、高效、節能、連續、低成本生產高純顆粒硅。

為了實現上述目的，本發明提供一種生產高純顆粒硅的反應器，包括：

反應器腔體；?

所述反應器腔體上設置有固體加料口、輔助氣體入口、原料氣體入口和尾氣出口；

所述反應器腔體內部設置有氣體分布器，所述氣體分布器用于使輔助氣體和原料氣體分散于所述反應器腔體中；所述反應器腔體設有內置或外置的預熱機構；所述反應器腔體外部設置有尾氣處理機構，連接在所述預熱機構與所述輔助氣體入口和原料氣體入口之間；所述反應器腔體連接內置或外置的表面整理機構；所述表面整理機構用于對生產得到的高純顆粒硅進行表面處理；所述反應器腔體設有內置或外置的加熱機構和動態發生機構，所述動態發生機構用于使位于所述反應器腔體內的高純粒狀硅床層中的高純粒狀硅處于相對運動狀態，所述預熱機構連接有氣固分離機構，所述氣固分離機構用于分離和收集反應尾氣中的高純粉末硅。